医学影像学课件_PN结.pptVIP

*******************PN结的基本原理PN结是半导体器件的基础，它是由P型半导体和N型半导体通过特定的工艺连接而成的。PN结是现代电子器件的核心，它在二极管、晶体管等多种半导体器件中起着至关重要的作用。PN结的原理模型PN结是由两种类型半导体材料，P型半导体和N型半导体，通过一定的工艺连接在一起形成的。PN结是一个重要的电子器件，在各种电子设备中发挥着关键作用。P型半导体中主要载流子是空穴，而N型半导体中主要载流子是电子。当P型半导体和N型半导体接触时，由于载流子的扩散，会在交界面附近形成一个空间电荷区，即PN结。PN结的电压电流特性PN结的电压电流特性是指PN结两端电压与电流之间的关系。正向偏压下，PN结具有较低的阻抗，允许电流通过。反向偏压下，PN结具有较高的阻抗，几乎阻断电流。偏压类型电压电流正向偏压正电压较大电流反向偏压负电压极小电流正向偏压下的PN结外加电压正向偏压是指将正极连接到P型半导体，负极连接到N型半导体。电场方向外加电压产生的电场方向与PN结内建电场方向相反，削弱了内建电场。载流子运动削弱内建电场后，多数载流子（P型中的空穴和N型中的电子）更容易穿过PN结，产生电流。电流方向正向电流由P型半导体流向N型半导体，形成正向电流。反向偏压下的PN结当PN结两端施加反向电压时，P区接负极，N区接正极，电子被吸引到N区，空穴被吸引到P区，导致耗尽层变宽，反向电流几乎为零，但存在极微弱的漏电流。1扩散电流减小少数载流子扩散受到抑制2耗尽层变宽电场强度增强3反向电流很小主要是漏电流反向偏压下的PN结具有高阻抗特性，可用于制作二极管、晶体管等电子器件。PN结电容及其作用1PN结电容的本质PN结电容是由于PN结两侧的耗尽层形成的电荷积累效应导致的。2PN结电容的类型PN结电容主要包括两种类型：扩散电容和空间电荷电容。3PN结电容的作用PN结电容在电路中扮演着重要角色，它影响着电路的频率响应和信号传输。4PN结电容的应用PN结电容在晶体管、二极管、光电探测器等电子器件中有着广泛的应用。PN结的扩散电容PN结的扩散电容是由于PN结中少数载流子扩散形成的电荷积累而产生的。当PN结处于正向偏压状态时，少数载流子扩散到另一侧，形成空间电荷区，导致扩散电容增大。当PN结处于反向偏压状态时，少数载流子扩散减少，扩散电容减小。扩散电容的大小与PN结的掺杂浓度、温度、偏压等因素有关。扩散电容对于高速器件的影响很大，因为扩散电容会随着频率的升高而减小，从而影响器件的性能。PN结的空间电荷电容空间电荷电容是指PN结的空乏层中积累的电荷所形成的电容，是PN结的重要参数之一，与PN结的性能密切相关。空间电荷电容的大小取决于空乏层的宽度，而空乏层的宽度又受PN结的偏压和掺杂浓度影响。1偏压反向偏压下，空乏层宽度增加，空间电荷电容减小。2掺杂浓度掺杂浓度越高，空乏层宽度越窄，空间电荷电容越大。3频率空间电荷电容在低频时表现为静电电容，在高频时表现为动态电容。PN结的电容-电压特性反向偏压电容减小正向偏压电容增大PN结的电容与PN结两端的电压呈非线性关系。反向偏压下，PN结电容减小，因为空间电荷区变宽。正向偏压下，PN结电容增大，因为空间电荷区变窄。PN结的电容-频率特性PN结的电容随着频率的变化而变化，这被称为电容-频率特性。PN结的电容-频率特性主要受扩散电容和空间电荷电容的影响。10kHz低频扩散电容占主导，电容值较大。1MHz高频空间电荷电容占主导，电容值较小。10GHz极高频电容值趋于稳定，接近空间电荷电容的值。PN结的电容-频率特性在许多应用中发挥重要作用，例如，在高速电子设备和微波电路中。PN结的温度特性PN结的特性会随温度变化而发生改变。例如，PN结的正向电流随温度升高而增大，反向电流随温度升高而减小。这主要是因为温度升高会导致PN结的载流子浓度增加，从而影响PN结的特性。此外，PN结的击穿电压也会随温度升高而降低。这是因为温度升高会导致PN结的电场强度降低，从而更容易发生击穿。PN结的击穿机理雪崩击穿反向偏压增大，载流子动能增加，可能与晶格原子发生碰撞。碰撞产生新的电子空穴对，引起雪崩式倍增，最终导致击穿。隧道击穿当PN结的掺杂浓度很高时，势垒变窄，载流子可以穿过势垒进行量子隧穿。当反向电压足够高时，隧穿电流急剧增大，导致击穿。击穿电压与PN结参数的关系击穿电压是PN结的一个重要参数，它与PN结的掺杂浓度、结面积、结深等参数密切相关。掺杂浓度越高，击穿电压越低；结面积越大，击穿电压越高；结深越